1.本发明属于无线电引信技术领域，特别是一种改进的m序列自相关定距方 法。
背景技术：2.在无线电引信领域，伪随机码序列调相引信利用伪随机码的二值自相关特 性，采用相关技术实现定距，具有距离截止特性好、抗干扰能力强、定距精度高 等优点，是无线电引信领域研究的热点之一。m序列是一种典型的伪随机码序列， 具有易产生、规律性强等优点，m序列具有可比拟噪声的优点，只要选取合适的 码元宽度tc和码序列长度p，m序列就可以具有较大的带宽、很小的平均功率谱 密度，这使得敌方侦查装置不能够轻易发射信号的调制参数，从而提高抗干扰能 力。因此，m序列常用于伪码调相定距系统，以提高系统抗干扰能力和定距精度。
3.伪码调相信号处理方法是作相关运算，具体又可分为单极型m序列相关运 算，以及双极型m序列相关运算。单极型m序列相关运算实现简单，定距精度 相对较差，双极型m序列相关运算实现复杂，但运算结果比单极型准确。此外， 单极型m序列相关运算永远无法通过参数选择来规避多普勒调制的影响，双极 型m序列相关运算则可以。
4.现使用的m序列自相关定距方法如下：当伪码调相定距系统参数满足多普 勒容限要求时，将本地单极型m序列变换为双极型m序列，然后以与adc相 等的采样率进行采样、存储；回波信号经过adc采样、传输进入数字信号处理 子系统；将回波信号与本地双极型延时m序列做相关运算，当相关器输出最大 相关峰时，记录本地m序列的延时，再解算出定距距离，然而现使用的m序列 自相关定距方法存在以下问题：
5.(1)adc在对受多普勒调制的n位m伪随机序列进行采集时，需要对该m 伪随机序列的每一位进行判定，还原出的是幅度受多普勒调制的m伪随机序列， 受多普勒调制的m码序列的后半周发生了“1”和
“‑
1”翻转，只有在伪码调相 定距系统参数满足多普勒容限要求时，才能得到正确的自相关定距结果，给硬件 上提出了较高的要求。
6.(2)在进行相关运算前，会将单极型m序列转换为双极型m序列(一次乘 法和加法)，再进行相关运算(一次乘法和加法)，此时需要进行两次有符号数乘 法和两次有符号数加法，运算量较大，会消耗更多的硬件资源。
技术实现要素：7.本发明的目的在于提供一种改进的m序列自相关定距方法，克服了adc在 采集基带的n位m伪随机序列回波信号时，输出信号为幅度受多普勒调制的m 伪随机序列，对系统参数要求较高；进行相关运算前，先将单极型m序列转换 为双极型m序列，再进行相关运算，运算量较大，会消耗更多的硬件资源等问 题，该方法实现简单，在还原规则的单极型m伪随机序列的同时，给出一种等 价自相关算法。简化了数字信号处理算法程序，较大程度地节省了硬件系统资源， 大大提高了数字信号处理运算速度。
8.实现本发明的技术解决方案为：一种改进的m序列自相关定距方法，步骤 如下：
9.步骤1、单极型m码序列进行k倍采样后，一路通过发射链路由天线发射出 去，另一路在加上固定时延后作为本振信号m0序列，本振信号m0由0、1数值 构成。
10.步骤2、接收回来的信号通过接收链路生成基带的回波信号，再用adc对 多位的基带回波信号进行k倍采样，再用adc对多位基带回波信号进行k倍采 样，并输出该采样数据的最高位，将上述所有输出的最高位集合作为m1序列。 其中k值得满足奈奎斯特采样定律，同时k值也受硬件性能限制。m1为存储后 的单极型m序列，由0、1数值构成。
11.步骤3、将m0序列与m1作按位异或运算。
12.步骤4、将步骤3中得到的单极型序列m2转化为双极型序列m3。
13.步骤5、将m3进行各位相加，结果再求绝对值，则可得到最大相关峰值。
14.步骤6、将步骤5中得到的最大峰值与门限进行比较后，当最大峰值大于等 于门限时，通过定距公式解算得到定距距离。
15.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
16.(1)根据模拟数字转换器adc输出数据的特点，还原出标准的单极型伪 随机码序列(0，1序列码)，而非幅度受多普勒调制的序列。
17.(2)利用双极型伪随机码序列相乘等价于单极型伪随机码序列求异或的关 系，设计出一种等价自相关算法。
18.(3)该算法简化了数字信号处理算法程序，较大程度地节省了硬件系统资 源，大大提高了数字信号处理运算速度。
附图说明
19.图1为本发明一种改进的m序列自相关定距方法流程图。
20.图2为受多普勒调制的延时m序列信号图。
21.图3为adc采样数据输出格式图。
22.图4为modelsim仿真结果图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动 前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
) 仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动 情况等，如果改特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
25.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不 能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由 此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。 在本发明地描述中，“多个”地含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有 明确具体地限定。
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广 义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连 接”可以是机械连接，
也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以 根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领 域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时 应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。
28.下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点 进行进一步介绍。
29.结合图1，本发明的一种改进的m序列自相关定距实现方法，包括以下步骤：
30.步骤1：对单极型m码序列(序列数为p)进行k倍采样后，通过功分器分 成两路，一路通过发射链路生成射频发射信号，然后由天线发射出去，另一路在 加上固定时延后作为本振信号m0序列，m码序列以及本振信号m0都是由0、1 数值构成的码序列。
31.步骤2：接收回来的信号通过接收链路变频，滤波，放大以后生成基带的回 波信号，回波信号为受多普勒调制的伪随机码信号，再用adc对上述多位基带 回波信号进行k倍采样，为了还原出不受多普勒调制且较为准确的伪随机码信 号，结合adc的特性，输出该采样数据的最高位，将上述所有输出的最高位集 合作为m1序列。其中k值得满足奈奎斯特采样定律，同时k值也受硬件性能限 制。m1为存储后的单极型m序列，由0、1数值构成。
32.步骤3：将m0序列与m1序列按位进行异或运算。上述m0，m1序列都为 单极型序列。
33.步骤4：将步骤3中得到的单极型序列m2转化为双极型序列m3。
34.步骤5：对m3序列进行求和，进行位相加运算，相加结果再求绝对值，则 可得到最大相关峰值|x|。
35.步骤3～步骤5的操作等价于对m0、m1序列分别进行双极型转化后再做相 关。相比于上述方式，步骤3、4、5减少了运算量，节约了硬件资源。同时由于 步骤2中的m1序列不受多普勒调制，在参数选取时不用考虑多普勒容限问题， 降低了硬件选型时的要求，提高了性价比。
36.步骤6：将步骤5中得到的最大峰值|x|与门限kp进行比较后，当最大峰值 |x|≥kp时，通过定距公式解算得到定距距离。其中，p为序列数，c为 光速，τ为时延。
37.下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：
38.图2中，多普勒信号前半周双极型伪随机码序列正常，后半周伪随机码序列 发生了“1”和
“‑
1”翻转。
39.在多普勒信号负半周，考虑如下伪随机码序列(序列数p为7，采样倍数k 为2)：
40.单极型m序列a：1 0 0 1 1 0 1；
41.双极型m序列b：-1 1 1
ꢀ‑1ꢀ‑
1 1
ꢀ‑
1；
42.双极型翻转后c：1
ꢀ‑1ꢀ‑
1 1 1
ꢀ‑
1 1；
43.单极型翻转后d：0 1 1 0 0 1 0。
44.在多普勒信号正半周，无论单极型还是双极型伪随机码序列，相关器总有最 大输出。在多普勒信号负半周，如果采用单极型伪随机码序列做相关运算，则有 a与d相关得0。因此，单极型伪随机码序列相关运算永远无法通过参数选择来 规避多普勒调制的影响。
45.图3中为常用的adc数据输出方式：二进制补码方式，数据其实是有符号 数，负数
采用正数的补码表示，即0为正，1为负。但实际上，从图3可知该数据并非正常的二进制补码，而是二进制反码，即存在“+0”(0000_0000_0000)和
“‑
0”(1111_1111_1111)。
46.数据如果经adc采样后，并以二进制补码格式输出数据，则数据并非标准的最大正值和最大负值，即不能以12bit表示一位伪随机码序列。但是可以看出：负电平最高位都为“1”，正电平最高位都为“0”。如果以输出数据最高为基础，则很容易还原出单极型伪随机码序列，即序列为1。序列为1。序列为0。
47.基于上述分析，结合图1，本发明的一种改进的m序列自相关定距方法，包括以下步骤：
48.在多普勒信号正半周，考虑单极型m序列：1001101。其中m1为adc输出数据最高位，且高三位为0表示无回波信号。
49.步骤1、对序列m0进行2倍采样后序列m0：11000011110011。
50.步骤2：adc进行2倍回波采样序列m1：00011000011110。
51.步骤3：
52.步骤4：双极化m序列m3＝-1-11-1-11-1-1-11-1-11-1。
53.步骤5：m3各位求和得x＝-6，|x|＝6。
54.步骤6：|x|＝6＜14＝kp＝2
×
7，
55.继续进入循环，当m0＝m1时：
[0056][0057]
双极化序列m3＝11111111111111；
[0058]
m3各位求和得x＝14。
[0059]
从而得：|x|≥14＝kp＝2
×
7，再通过定距公式计算定距距离。
[0060]
在多普勒信号负半周，考虑单极型m序列a：1001101。其中m1是m0翻转后的伪随机码序列，m1是m1的移位序列，高三位为0表示无回波信号。
[0061]
步骤1、对序列m0进行2倍采样后序列m0：11000011110011。
[0062]
步骤2：m0翻转得到m1：00111100001100。
[0063]
同时移位序列m1：00000111100001。
[0064]
步骤3：
[0065]
步骤4：双极化序列m3＝-1-1111-1111-111-11。
[0066]
步骤5：m3各位求和得x＝4。|x|＝4
[0067]
步骤6：|x|＝4＜14＝kp＝2
×
7，
[0068]
继续进入循环，当m0＝m1时：
[0069][0070]
双极化m序列m3＝-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1。
[0071]
m3各位求和得x＝14。
[0072]
从而得：|x|≥14＝kp＝2
×
7，再通过定距公式计算定距距离。
[0073]
仿真结果如图4所示。系统上电后，首先是完成系统复位，然后完成相应模块的配置工作，最后fpga输出伪随机码序列对dds进行相位调制，从而生成伪码调相信号并发射，同时fpga检测回波信号并将回波信号与本地延时伪随机码序列作相关运算，最终结果每
间隔一个完整伪随机码序列周期就会出现一个最 大相关峰，验证了该算法的正确性。
技术特征：1.一种改进的m序列自相关定距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、单极型m码序列进行k倍采样后，一路通过发射链路由天线发射，另一路在加上固定时延后作为本振信号m0序列，本振信号m0由0、1数值构成；步骤2、接收天线发射的信号，并通过接收链路生成多位基带回波信号，所述多位基带回波信号为受多普勒调制的伪随机码信号，再用adc对多位基带回波信号进行k倍采样，并输出该采样数据的最高位，将上述所有输出的最高位集合作为m1序列；步骤3、将m0序列与m1作按位异或运算，得到单极型序列m2；步骤4、将单极型序列m2转化为双极型序列m3；步骤5、将双极型序列m3中的各位相加，再对相加后的结果求绝对值，得到最大相关峰值x；步骤6、将最大相关峰值的绝对值|x|与设定的门限进行比较后，当最大峰值大于等于门限时，通过定距公式解算得到最终的定距距离。2.根据权利要求1所述的改进的m序列自相关定距方法，其特征在于：步骤2中，adc对多位基带回波信号进行k倍采样并输出，adc输出数据的格式如下：以二进制补码格式输出数据，负电平最高位都为1，正电平最高位都为0。3.根据权利要求2所述的改进的m序列自相关定距方法，其特征在于：步骤2中，m1为存储后的单极型m序列，由0、1数值构成。
技术总结本发明公开了一种改进的m序列自相关定距方法，首先，单极型m码序列进行k倍采样后，一路通过发射链路由天线发射出去，另一路加上固定时延后作为本振信号m0序列。接收回来的信号通过接收链路生成基带的回波信号，再用ADC对多位的基带回波信号进行k倍采样，再用ADC对多位基带回波信号进行k倍采样，并输出该采样数据的最高位，将上述所有输出的最高位集合作为m1序列；其次，将m0序列与m1作按位异或运算得到单极型m2序列；然后将单极型序列m2转化为双极型序列m3；最后将m3各位相加，再对相加后的结果求绝对值，得到最大相关峰值，将该峰值与门限进行比较后，当峰值大于等于门限时，通过定距公式得到最终的定距距离。距公式得到最终的定距距离。距公式得到最终的定距距离。
技术研发人员：严硕 汤永浩 汪小红 干鹏 于航晨 李聪 刘飞 顾阳阳 王寒冰 李晨
受保护的技术使用者：中国航天科工集团八五一一研究所
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2022/7/4
